Radiação GamaFernando Beserra & Victor Abranches

O que são raios gama?

• Descobrimento : Paul Villard (1900) descobre raios gama em seus estudos sobre a radiação do Rádio

• Fontes : Radioisótopos (ex. K40 ); interações de raios cósmicos na atmosfera, entre outros.

• Radiação eletromagnética de frequências > 3e13MHz (comprimentos de onda < nm !)• São radiações ionizantes! Por quê?

Biomoléculas típicas possuem ligações CC Elig,CC = 3.6 eV

Efoton > 1e4 eV

O que são raios gama?• Proteção contra raios-gama : materiais de alto número

atômico e alta densidade.• A redução em 50% de intensidade pode ser conseguida com1 cm de chumbo / 4 cm de granito / 6 cm de concreto• Produção de raios gama : Decaimento radioativo ( A -> B + alpha, B-> C + gama)

Decaimento nuclear e reações nucleares ( T~ 1ps !)

Exemplo em Relâmpagos• Cientistas na Itália (Tavani et al)

apresentaram dados de emissão gama provenientes de nuvens carregadas (TGF).

• Análise sugere que tempestades produzem explosões de elétrons de até 100 MeV, acelerados pelo campo elétrico interno da nuvem.

• É aceito, atualmente, que os raios gama medidos vêm da radiação bremsstrahlung dos elétrons energéticos em interação com o ar.

Experimentos

Cristal de Iodeto de sódio cilindrico com D~5cm

40 cm

Nossos únicos parâmetros de controle :•Fonte de radiação•Distância da fonte ao detector•Tensão da fotomultiplicadora

Detecção de raios gama• É criado um histograma de pulsos em função da sua amplitude.• Como a amplitude é proporcional à energia gama, o histograma nos revelaa distribuição de energia no feixe incidente.

Etapas do experimento- Investigação da tensão de polarização do tuboPMT no sinal observado- Calibração do sistema com base em espectros conhecidos- Investigação do tempo de integração no sinal Observado- Investigação da distância da amostra ao detector- Medida de fontes radiativas: Sr90, Cs137, Ra226, Th232 e Am242

Influência da tensão da Fotomultiplicadora

Influência da tensão da Fotomultiplicadora

Um aumento da tensão da FM implica numMaior chuveiro de elétrons que, fixada a calibração, é falsamente interpretado pelo software como umaumento da energia.

Etapas do experimento

Calibração do sistema• Para saber qual canal representado corresponde à qual energia, é

necessário fazer uma calibração do sistema usando fontes radioativas que emitem quantas de gama em energias conhecidas.

• O elemento utilizado foi o Co60.

Utilização do Co60 para a familiarização com o aparato experimentalCo60•Meia-vida ~ 5 anos•Decaimento : •Energia(Raios gama do 60Ni) = 1.17MeV , 1.33MeV •Ocorrência : Co60 é sintético , criado através do bombardeamento de Co59 por uma fonte de neutrôns.

Calibração do sistema : Co-60

Calibração do sistema

Relação linear entre energia e canal :Energia = a.Canal + b

a = 0.0023457 b = -0.2340671

Etapas do experimento

Influência do tempo de integração no sinal medido (Co60)

3s 10s 30s

100s 300s 1000s

Influência do tempo de integração no sinal medido

Etapas do experimento

Evolução das contagens em função da distância – Co60• Modelo : ondas esféricas !

Evolução das contagens em função da distância – Co60

0cm 2cm 4cm

6cm 8cm 9cm

Evolução das contagens em função da distância – Co60

Evolução das contagens em função da distância – Co60

Evolução das contagens em função da distância – Cs137

2cm 4cm 6cm

8cm 10cm 11cm

Evolução das contagens em função da distância – Cs137

Evolução das contagens em função da distância – Cs137

Etapas do experimento

Espectro Ra226há emissão de raios gama

Espectro Ra226

Mean(MeV) Std Tabelado Decaimento

0,056959 0,015818

0,16746 0,022166190keV Ra226-Rn222

0,2248 0,023367

0,28314 0,021137 295KEV Pb214-Bi214

0,342 0,019363 352KeV Pb214-Bi214

0,60987 0,026937 609keV Bi214-Po214

1,133 0,046043 1.12MeV Bi214-Po214

1,7762 0,06416 1.76MeV Bi214-Po214

Espectro Th

Espectro Th

Mean(MeV) Std Tabelado Decaimento

0,064892 0,018872 64keV Th228-Ra224

0,22415 0,016195 241keV Ra224-Rn220

0,32699 0,023014 340keV Ac228-Th228

0,58479 0,033372 563keV Tl208-Pb208

Espectro Sr90 Ausência de raios gama : a emissão de raios gama por 90Y é de baixa probabilidade

Espectro Cs-137

Eexp = (0.66337+- 0.025378 )MeVEtabelada = 0.6617MeV

Conclusões• Quanto ao aparato experimental : boas medidas podem ser

realizadas se mantidos o tempo de integração e a voltagem da FMT em 350V e 300s, respectivamente.

• Foram reproduzidas com excelente precisão as energias tabeladas para a maioria dos elementos radioativos estudados

• Não verificamos a lei do inverso do quadrado da distância para a energia das nossas fontes radioativas. Claramente isso se deu pois não havia uma emissão esférica de radiação, e as dimensões do experimento não são as previstas pela teoria para tal verificação.

• A variação da tensão da FMT implica numa variação do ganho do nosso sinal.

Referências• http://brad.denby.me/starblog/modeling-the-atmosphere-pt-

1/• http://www.ifsc.usp.br/~lavfis/images/BDApostilas/ApRadGa

ma/Espectroscopia%20Gamma/GammaData/manual/GDM10%20manual/stud11-v1.2.pdf

• http://www.ifsc.usp.br/~lavfis/images/BDApostilas/ApRadGama/Espectroscopia%20Gamma/GammaData/manual/GDM10%20manual/GDM%2010%201.1%20User%20eng.pdf

Não confunda : radiação ionizante com fissão de um núcleo

Vs

Espectro Am

Esperado

Nossos dados : Acreditamos que houve uma alteração manual da Tensão no equipamento, o que provocou uma descalibração

Compton Scattering

Ok! Pontos advêm da fonte de radiação

Efeitos do tipo compton scattering

Compton Scattering

Compton Scattering

θcompton~ 100o